Worldwide, one of the main ways of generating electricity is thermoelectric generation, which is made from thermoelectric power plants. The work showed that the most relevant factors in terms of thermal efficiency, when varying the tube material and insulation, are the temperature and enthalpy at the entrance to the turbine.
Formulação do Problema
Tais dutos devem transportar grandes volumes de vapor com a menor perda de carga possível ao longo de seu comprimento, além da menor perda de calor e perda de pressão possíveis (LORA e NASCIMENTO, 2004). Como calcular a perda de calor e pressão ao longo dos tubos da caldeira, analisar os principais tubos e materiais de isolamento e qual é a perda.
Justificativa
Esses elementos são todos conectados por tubos, sendo o mais crítico o tubo de vapor, que conecta a caldeira à turbina.
Objetivos
Geral
Específicos
Estrutura do Trabalho
Mecanismos da transferência de calor e
Condução
Fluxo de calor é a quantidade de energia que flui através de uma unidade de área por unidade de tempo. O fluxo de calor transportado por condução pode ser determinado pela lei de Fourier através da equação:
Convecção
- Convecção natural
- Convecção forçada
A lei da condutividade térmica, também conhecida como Lei de Fourier, afirma que o fluxo de calor através de um material é proporcional ao gradiente negativo de temperatura. Na convecção natural o calor é transferido pela circulação do fluido devido às flutuações causadas pelas mudanças de densidade causadas pelo próprio calor, por isso o processo é conhecido como convecção natural ou convecção livre (HOLMAN, 1983). Segundo Holman (1983) a convecção natural ocorre quando um sistema torna-se instável e consequentemente inicia um processo de mistura com movimento de massa.
A convecção forçada é um mecanismo ou tipo de transferência de calor onde o movimento do fluido é gerado por uma fonte externa (como uma bomba, ventilador, dispositivo de exaustão, etc.). Deve ser considerado como um dos mais importantes métodos úteis de transferência de calor que podem transportar quantidades significativas de energia térmica de forma muito eficiente. No entanto, em qualquer situação de convecção forçada, a convecção natural sempre ocorrerá quando a gravidade estiver presente.
Quando a convecção natural não é desprezível, esses fluxos são geralmente referidos como convecção mista (CEBECI e TUNCER, 2002).
Radiação ou irradiação
A radiação térmica é muitas vezes referida como radiação de corpo negro, radiação eletromagnética-térmica dentro ou ao redor de um corpo, quando um objeto radiante atende às características físicas de um corpo negro em equilíbrio termodinâmico. A radiação emitida pela superfície origina-se da energia térmica da matéria delimitada pela superfície. A taxa na qual a energia é liberada por unidade de área (W/m²) é chamada de potência emissiva de superfície E (INCROPERA e DEWITT, 2003).
Uma superfície que emite radiação de acordo com a equação de Stefan-Boltzmann é chamada de radiador ideal ou corpo negro. A taxa na qual toda a radiação incide sobre uma unidade de área é chamada de radiação incidente ou irradiância, G (BLUNDELL, 2006).
Geração Termelétrica
Combustíveis
- Petróleo e Seus Derivados
- Carvão Mineral
- Gás Natural
- Combustíveis Nucleares
- Biomassa
Em relação ao objetivo da pesquisa, este trabalho consiste em uma pesquisa exploratória, devido ao fato de que irá analisar os efeitos da perda de calor em tubulações termoelétricas para diferentes materiais de tubulação, e o impacto na produção de energia elétrica será analisado. O EXCEL será utilizado para realizar os cálculos e gerar tabelas e gráficos do ciclo de Rankine, da perda de calor na tubulação e seu efeito na eficiência do ciclo, a fim de facilitar a compreensão e interpretação dos resultados. Para calcular a perda de temperatura ao longo da tubulação que leva o vapor da caldeira até a turbina, e consequentemente a eficiência energética do ciclo, são necessários alguns dados: temperatura do vapor na saída da caldeira (T1), diâmetro da tubulação (d ), temperatura do ambiente externo (𝑇∞), material do tubo, que caracteriza a condutividade térmica "k" e o comprimento do tubo.
No gráfico 4.1 podemos ver que quanto maior a condutividade térmica do isolamento e sua espessura, maior a perda de calor do tubo. Para tubulações com isolamento, observa-se que para a combinação 12 há a menor perda de calor, e para a combinação 1 a maior perda. No caso sem isolamento, apresenta-se uma perda de 212% em relação à combinação 1, que possui a maior perda entre as isoladas.
O Gráfico 4.2 mostra a temperatura de entrada da turbina, pode-se observar que as combinações que possuem a maior temperatura na entrada da turbina possuem a menor perda de calor ao longo do tubo.
Esquemas e configurações de centrais termelétricas
- Centrais a Diesel
- Centrais a vapor ( Não Nucleares )
- Centrais Nucleares
- Centrais a gás
Ciclos de Potência a Vapor
Ciclo Rankine
Segundo Van Wylen e Sonntag (1986) o ciclo de Rankine refere-se ao processo de ciclo fechado de fluidos em motores térmicos, geralmente utilizados em usinas de energia para a produção de energia a partir da combustão de combustíveis fósseis como carvão, gás natural e também da energia nuclear. fissão e para obter o calor, pois quanto maior a temperatura, melhor a produção de energia. Além disso, se a pressão e a temperatura não atingirem níveis críticos superiores na caldeira de vapor, o máximo que pode ser operado ainda é bastante pequeno: as temperaturas de entrada da turbina a vapor são tipicamente em torno de 565°C e as temperaturas do condensador de vapor são em torno de 30°C (VAN WYLEN e SONNTAG, 1986). Existem quatro processos em um ciclo de Rankine, cada um alterando as propriedades do fluido de trabalho.
Cada uma das seguintes equações pode ser facilmente obtida a partir do balanço de massa e energia no volume de controle. A quinta equação define a eficiência termodinâmica do ciclo como a razão entre o trabalho líquido do sistema e o calor fornecido ao sistema. Podemos aplicar a primeira lei da termodinâmica a todos os volumes de controle e encontraremos os seguintes resultados:
Dutos e tubulações
- Principais materiais para fabricação de tubos
- Empregos das tubulações Industriais
- Seleção de materiais para tubulação
- Tubulação para vapor
- Tubulação para usinas termelétricas
Condições de serviço (pressão e temperatura de trabalho): o material deve ser capaz de suportar a pressão e também toda a gama de variações de temperatura possíveis. O nível de tensão no material: o material deve suportar as tensões necessárias e, portanto, sua resistência mecânica deve ser compatível com o nível de tensão. Segurança: o material deve ser selecionado de forma a não oferecer risco potencial à integridade da tubulação ou às pessoas do entorno.
Vida útil: a vida útil máxima do material deve ser consistente com a vida útil do tubo. Para pressões de vapor muito altas (acima de 40 kg/cm2) devem ser adotados limites de temperatura mais baixos. Para facilitar a drenagem, são instaladas tubulações com pequena inclinação constante na direção do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado.
Neste troço do percurso existe uma conduta que deve cumprir os mesmos requisitos de uma conduta de vapor normal, ou seja, deve transportar grandes quantidades de vapor ao longo do seu comprimento com a menor queda de pressão e temperatura.
Isolantes para tubulação a vapor
Este capítulo descreve as características do desenvolvimento da pesquisa, com o objetivo de determinar a natureza e classificação, a área de pesquisa, o método e as ferramentas de coleta utilizadas, bem como as variáveis e indicadores utilizados, para que as análises possam ser realizadas e os cálculos necessários .
Tipos de pesquisa
Em termos de procedimentos técnicos, destacam-se a pesquisa bibliográfica, experimental, documental, pesquisa-ação e estudos de caso (GIL, 1999). Segundo Silva (2004), a pesquisa bibliográfica é baseada na utilização de livros e trabalhos acadêmicos, sejam eles impressos ou digitalizados e obtidos via Internet, bem como por meio de dados obtidos por meio de estudos de caso e experimentos. Segundo Minayo (2003), a pesquisa experimental está mais próxima das ciências naturais, sendo a principal responsável pelos maiores avanços científicos, por meio da manipulação de variáveis devidamente controladas a fim de observar, examinar e interpretar as mudanças e reações que ocorrem em sua pesquisa. objeto, utilizando técnicas especiais e equipamentos adequados.
A pesquisa-ação, para Gil (1999), é realizada e concebida a partir de fundamentos empíricos em estreita ligação com uma ação ou solução de um problema, onde pesquisadores e participantes que representam a situação ou problema estão envolvidos de forma cooperativa ou participativa. Segundo Yin (2001), o estudo de caso envolve uma investigação cuidadosa e exaustiva de um ou mais objetos de forma que permita seu conhecimento amplo e detalhado, com a lógica de planejamento, coleta e análise de dados. Para Gil (1999), os exemplos mais característicos desse tipo de pesquisa são os estudos de ideologias ou que propõem a análise de diferentes atitudes diante de um problema.
O presente trabalho inclui pesquisa bibliográfica, visto que se baseia em vários livros e na Internet, com o objetivo de enriquecimento teórico para a concretização do estudo proposto.
Materiais e Métodos
Instrumento de coleta de dados
Variáveis e indicadores
Tabulação de dados
Considerações Finais do Capítulo
Considerações iniciais
Cálculo do diâmetro da tubulação
Cálculo da perda de calor por convecção interna do tubo
A Equação 4.1 determina o calor perdido ao longo do comprimento do tubo em relação à temperatura de entrada e saída do líquido.
Cálculo da perda de pressão na tubulação
Cálculo da eficiência térmica do ciclo
Cálculos realizados
Também é possível observar que uma edificação sem isolamento tem uma grande perda de temperatura ao longo da tubulação, em uma curta distância (13 m), casos sem isolamento perdem aprox. 40ºC. O gráfico 4.3 mostra a entalpia na entrada da turbina, observa-se que é qualitativamente semelhante ao gráfico da temperatura na entrada da turbina, pois a entalpia e a temperatura são diretamente proporcionais, considerando que não há muita diferença na queda de pressão na tubulação . o fator mais relevante na obtenção da entalpia é a temperatura. Novamente, os maiores valores de entalpia são para os maiores valores de temperatura, pois como os 3 materiais possuem rugosidade semelhante, a diferença de queda de pressão entre os materiais é praticamente descartável, deixando a temperatura do fluido de trabalho como único parâmetro para definir a entalpia .
O Gráfico 4.4 mostra a eficiência do ciclo de vapor para as diferentes combinações apresentadas, e podemos observar que a melhor eficiência térmica é alcançada com isolação de menor condutividade térmica e maior espessura, com uma diferença de 0,66% de eficiência entre o melhor e o pior caso. Este trabalho apresenta a análise da influência das perdas de calor e pressão na tubulação que liga a caldeira à turbina a vapor sobre a eficiência térmica de um ciclo simples de Rankine. Fazendo todas as combinações foi possível identificar diversas situações, além de poder verificar que não há grande relevância em termos de eficiência térmica na troca pura e simples do material da tubulação.
Podemos concluir que para evitar a redução da eficiência térmica de uma central térmica, a escolha correta dos materiais de isolamento é fator determinante.
